一種降低供熱回水溫度的節能供熱系統的製作方法

2023-05-14 21:45:06 2

本發明屬於提高能源利用效率領域，涉及一種降低熱電聯產供暖一次管網回水溫度、大幅擴大供熱規模的節能供熱系統。

背景技術：

目前熱電聯產雖然實現了能源的階梯利用，但還屬於傳統供熱方式，供熱效率低，能源浪費大。目前傳統供熱方式存在的問題主要有：

1、熱電廠冷卻塔散發的廢熱是一個城市最大最集中的廢熱資源，被稱為「城市廢熱能源孤島」，熱量不能被輸送出去，而且冷卻塔廢熱品位低，不能被利用。

2、熱電廠冷卻塔散失的熱量佔總煤耗的20％-30％。

3、熱電廠冷卻塔排廢熱需蒸發大量的水資源，對缺水的北方來講形勢更為嚴峻。

4、傳統供暖方式一次管網供水溫度110℃，回水溫度50℃，供回水溫差小。

5、供暖一次管網供回水溫差小導致循環泵能耗大，輸送效率低。

6、傳統供暖方式一次管網回水溫度50℃，直接與汽輪機抽出的高溫蒸汽換熱升溫到110℃，需蒸汽量非常大，導致發電量減少。

7、傳統供暖方式一次管網供水溫度110℃，回水溫度50℃，供回水管路溫度與大地溫度相差較大，供水有熱損失，回水也有熱損失。

8、由於供暖一次管網回水溫度為50℃，電廠冷卻塔的廢熱無法加進去，導致大量廢熱白白浪費掉。

9、現有供熱管網輸送能力有限，難以滿足要求，若要擴大供熱管網，則投入巨大且需要破路施工，在城市核心區域受到嚴格限制。

10、目前的熱電聯產普遍存在其他獨立的燃煤或燃氣的鍋爐房，將燃料(煤、油、天然氣等)直接燃燒供熱，只利用了能源的量，顯然是對高品位能源的浪費(火用降火無升)，燃料直接燃燒等於浪費掉一半的能量。我國燃氣自給率不足，需要大量進口，直接燃燒是對能源的浪費利用。

11、獨立鍋爐房的運行安全可靠性低，若其中一個環節出現問題，則會影響整個供熱系統。

基於這些問題，我公司2006年獲得了專利號為ZL200610099043.5的專利技術，採用吸收式熱泵機組與蒸汽換熱器結合的供熱方法，該系統不改變現有熱電廠裝機容量和提供的蒸汽量，而提高了其供熱能力，且增加的供熱能力相當於不消耗蒸汽的熱量。2016年獲得的專利號為CN201310654739.X的發明專利，通過引入吸收式換熱機組，多次對熱源進行以動力源和換熱使用，提高了蒸汽熱源的利用效率，更好的為用戶供熱；引入蒸汽雙效吸收式熱泵、蒸汽單效吸收式熱泵、蒸汽大溫差吸收式熱泵、汽水換熱器逐級回收低品位的熱量，有效的利用了汽輪機中的乏汽，提高了能源利用效率。這些專利技術，已解決了冷卻塔廢熱浪費，供暖一次網供回水溫差小的問題。但還存在供暖一次管網供回水溫差、供熱面積仍可大幅提高等問題，本技術採用多級換熱器、多級吸收式熱泵、壓縮式制冷機和製冰型制冷機聯合應用將供暖一次管網供回水溫差繼續拉大，充分回收凝汽器餘熱，將燃料燃燒浪費掉熱量的質與冷卻塔浪費熱量的量有效結合，產生既有質又有量的適合於供暖的有效熱能，擴大供熱面積，提高供熱效率。

技術實現要素：

針對電廠冷卻塔廢熱由於品位低不能被充分利用、燃料(煤、油、天然氣等)直接燃燒供熱浪費了熱量的質(火用)、供暖一次管網供回水溫差小、循環泵能耗大、輸送效率低、回水管路熱損失、現有供熱管網輸送能力有限等問題，本發明提供了一種將供暖一次管網回水溫度降至0℃並含有10％冰粒的可大幅擴大供熱規模的節能供熱系統。

本發明為解決技術問題所採用的技術方案為：

包括熱電廠抽汽供熱系統、熱電廠凝汽器冷卻水系統、小區供熱站熱泵系統、供暖一次管網系統、供暖二次管網系統。

小區供熱站側供暖一次管網供水進入第一級吸收式熱泵做驅動熱源，降溫後進入換熱器中與供暖二次管網的回水進行換熱，換熱後進入第一級吸收式熱泵的蒸發器做低溫熱源，供暖一次管網回水溫度降低到15℃；再設置一級壓縮式制冷機，將供暖一次管網回水溫度降低到2℃；再設置第二級吸收式熱泵和製冰型制冷機將2℃的回水溫度降到0℃並製取10％的冰粒返回電廠；第一級吸收式熱泵的高溫熱源是從換熱器出來的經過一次換熱後的供暖二次管網的回水，供暖二次管網的回水在第一級吸收式熱泵中經過第二次換熱後升溫至50℃返回用戶側；此過程系統中第二級吸收式熱泵的驅動熱源為高品質熱能(燃氣、燃油、蒸汽、熱水等)；第二級吸收式熱泵的低溫熱源由製冰型制冷機的冷凝器端提供，從製冰機蒸發器排出的供暖一次管網回水返回熱電廠。

供暖一次管網回水在熱電廠通過換熱器與熱電廠凝汽器冷卻水換熱，回收熱電廠餘熱，再通過蒸汽型吸收式熱泵將溫度提升，之後通過汽-水換熱器與熱電廠汽輪機抽汽進行換熱，得到常規供熱方式的110℃供暖一次管網供水；其中供暖一次管網回水溫度提升過程中蒸汽型吸收式熱泵的驅動熱源為汽輪機抽出的高溫蒸汽，低溫熱源為熱電廠凝汽器冷卻水。

本發明的有益效果是：

1、能夠以最小的代價最大限度地回收凝汽器餘熱，提高能源利用率；

2、供暖一次管網供回水溫差增大，降低了一次管網循環水流量，減少了循環泵的能耗；

3、壓縮式制冷機輸出的溫度很低，實際上在商場改造過程中，可以直接利用商場中原有的制冷機而不必另外投資購置熱泵，既可以節省投資成本，又可以節省場地，避免機器閒置；

4、壓縮式制冷機可以將供暖一次管網中吸收式熱泵提取不了的15℃的熱源再次提熱，將供熱溫差繼續拉大，提高供熱效率；

5、採用該系統的供暖一次管網回水為0℃並含有10％的冰粒，低於大地溫度，沿程不會產生熱損失；

6、因為供暖一次管網回水為0℃並含有10％的冰粒，沿程的很多點狀分布的廢熱都可以加進來，建立廢熱能源回收網。供暖一次管網回水升溫所吸收的熱量是原本在冷卻塔中散失的熱量(凝汽器冷卻餘熱)，這段熱量是免費的。而該換熱過程是用板式換熱器直接換熱得到的，不消耗任何其它能量；

7、本系統最大限度地回收了原本要在冷卻塔中散失掉的熱量，大大減少了冷卻塔的漂水量；

8、常規供暖一次管網供回水溫差為60℃，本系統的回水為0℃並含有10％的冰粒，系統供回水溫差可達到118℃，再加上小區供熱站側吸收式熱泵機組熱源的熱能，相當於供熱整體溫差達到160℃～180℃。該項技術大幅度增大用戶側的供熱流量和供熱溫差，提高管網輸送效率和供熱規模，減少了供熱管網的投資，對於城市節能意義重大。在城市核心區域，熱負荷快速增長的同時地下空間資源基本用盡，供回水大溫差運行避免破路施工，該技術將成為管網擴容的唯一解決方案；

9、將傳統鍋爐直接燃燒供熱的熱源(煤、油、天然氣等)用作吸收式熱泵的驅動熱源，將燃料浪費的火用充分利用，燃料使用量節省一半，同時供熱效率可提高一倍以上；

10、將原本用作換熱的汽輪機抽汽一部分用來驅動吸收式熱泵做功，將浪費的燃料的火用和浪費的冷卻塔熱量的火無有效結合起來，成為適合於供暖的有效熱能；

11、供暖過程是一個動態過程。在供暖季初期與末期，供熱負荷比供暖高峰值低40％左右，因此在供暖季初期與末期就需要降低供暖負荷。本技術可以通過調節循環水量或者調節溫差來適應不同時期的供暖負荷要求。不管何種調節方式，都可以減少汽輪機的抽汽，增加發電量。

附圖說明

圖1是具體實施方式一的原理圖；

圖中：1.汽輪機，2.發電機，3.凝汽器，4.冷卻塔，5.板式換熱器，6.蒸汽雙效吸收式熱泵，7.蒸汽單效吸收式熱泵，8.蒸汽大溫差吸收式熱泵，9.汽-水換熱器，10.第一級吸收式熱泵，11.換熱器，12.壓縮式制冷機，13.第二級吸收式熱泵，14.製冰型制冷機15.驅動熱源，16.用戶側。

具體實施方式

在小區供熱站側，熱電廠供暖一次管網輸出的110℃熱水進入第一級吸收式熱泵10做驅動熱源，降溫後進入換熱器11中與供暖二次管網的回水進行換熱，換熱後進入第一級吸收式熱泵10的蒸發器做低溫熱源，供暖一次管網回水溫度降低到15℃；用戶側循環水回水先進入換熱器11進行一次換熱由40℃升溫至45℃，再進入第一級吸收式熱泵10的冷凝器側進行第二次換熱由45℃升溫至50℃返回用戶側；

設置在小區供熱站側的壓縮式制冷機12，以第一級吸收式熱泵10排出的15℃供暖一次管網回水作為低溫熱源，將40℃的供暖二次管網回水升溫至50℃返回用戶側16，供暖一次管網回水溫度降至2℃；

設置在小區供熱站側的第二級吸收式熱泵13，以高品質熱能(燃氣、燃油、蒸汽、熱水等)作為驅動熱源15，以製冰型制冷機14冷凝器側提供的30℃熱水作為低溫熱源，將40℃的供暖二次管網回水升溫至50℃返回用戶側16；

設置在小區供熱站側的製冰型制冷機14，以從壓縮式制冷機12排出的供暖一次管網回水作為低溫熱源，將2℃的供暖一次管網回水降溫至0℃並製取10％的冰粒返回熱電廠；

在熱電廠側，汽輪機1中的乏氣進入到凝汽器3中，將凝汽器冷卻水加熱到35℃；0℃並含有10％冰粒的供暖一次管網回水進入電廠板式換熱器5與凝汽器冷卻水進行換熱升溫到30℃，35℃的凝汽器冷卻水降溫至20℃返回凝汽器3中；設置在熱電廠側的蒸汽型吸收式熱泵6、7、8，以汽輪機抽出的高溫蒸汽做驅動熱源，以凝汽器冷卻水作為低溫熱源，將供暖一次管網回水加熱到90℃；90℃的供暖一次管網回水進入汽-水換熱器9與汽輪機1的抽汽換熱升溫至110℃作為供暖一次管網供水輸出。

本發明不局限於上述具體實施方式，任何在本發明披露的技術範圍內的等同構思或者改變，均列為本發明的保護範圍。